CNC Efficiëntie Ontgrendelen: Omarm Verbonden Besturing

Het Internet en Cloud-gebaseerde Computing Veranderen Hoe Fabrikanten CNC Werkzeugmachines Bedienen. Is Uw Werkplaats Klaar?

Ethernet poorten begonnen meer dan 20 jaar geleden op CNC draaibanken en freesmachines te verschijnen. De MTConnect machine tool communicatiestandaard maakte haar officiële VS-debuut op de IMTS 2010 in Chicago. Fabrikanten begonnen te praten over cloud computing en het Industrial Internet of Things (IIoT) kort daarna, termen die mainstream zouden worden toen de Duitse econoom Klaus Schwab in 2015 een paper publiceerde waarin stelde dat de wereld een Vierde Industriële Revolutie was binnengekomen.

Welkom in 2021. Het zou nu duidelijk moeten zijn voor machinewerkplaats eigenaren, CNC programmeurs en productieingenieurs dat de bewerkingsindustrie aanzienlijk veranderd is de afgelopen twee decennia. CNC werktuigmachines zijn veel slimmer dan vroeger, in staat om aanzienlijke hoeveelheden data te genereren over alles wat achter het glas gebeurt. Productiesoftware is ook slimmer geworden, biedend interoperabiliteit en cloud-gebaseerde mogelijkheden waar men aan de eeuwwisseling alleen van kon dromen.

Of al deze technische toverij een goed ding is of niet, is ter discussie. Sommigen kunnen argueren dat het leven op de shopfloor al uitdagend genoeg is—wie heeft Big Data en slimme machines nodig als er nauwelijks genoeg uren in de dag zijn om onderdelen de deur uit te krijgen? Anderen zien Industry 4.0 en alles wat het inhoudt als de duidelijke weg vooruit voor fabrikanten, en wie het niet omarmt zal snel uit bedrijf zijn.

FOCAS Winnen

De waarheid ligt ergens in het midden. Paul Webster, directeur van F.A. Engineering bij FANUC America Corp., gevestigd in Rochester Hills, Mich., merkte op dat CNC werktuigmachines netwerk- en Internet-klaar zijn geweest sinds vóór Y2K. Werkplaatsen die deze capaciteit negeren, draaien nog steeds prima, dank u, en zullen dat nog jaren doen. En toch zouden weinig argueren dat machine tool connectiviteit en de grotere zichtbaarheid op bewerkingsprocessen die zo geactiveerd wordt, nooit een slecht ding is, en het verschil kan maken tussen een winstgevende klus en een die je liever vergeet.

“We introduceerden onze FOCAS API (application programming interface) in de vroege jaren '90, evenals glasvezel en toen Ethernet poorten, dus een CNC verbinden is al een tijdje makkelijk,” zei hij. “Het moeilijke deel is altijd geweest uitvinden welke data je nodig hebt en wat je ermee gaat doen zodra je het hebt.”

Deze data omvat alarmhistorieken, voedsnelheid en spindel override instellingen, servomotor en spindel temperaturen, stroomverbruik, macro variabelen, en nog veel meer, die allemaal continu en automatisch van de werktuigmachine opgehaald kunnen worden. Voeg hier diverse door de operator ingevoerde inputs aan toe—klusnummer, productiestatus, snijgereedschapverbruik, en zelfs onderdeelkwaliteitsinformatie—en een compleet plaatje van shopfloor activiteiten verkrijgen wordt niet moeilijker dan kijken naar het dashboard van welke monitoring software deze data ook verzamelt.

In FANUC's geval is dit MT-LINKi, een merk-onafhankelijk analytics platform dat meer dan 1.000 CNC werktuigmachines tegelijk kan monitoren, evenals FASData, een productiemonitoring programma. Andere besturingsbouwers bieden vergelijkbare oplossingen, evenals veel machine tool bouwers, snijgereedschaps leveranciers, en derde-partij software ontwikkelaars. Allen bieden de middelen om wat erkend een berg data is te verzamelen en te presenteren op een manier die zin geeft aan mensen, hun de mogelijkheid gevend om te reageren op trends en potentiële problemen lang voordat ze de productieniveaus negatief kunnen beïnvloeden.

De Cloud Dilemma

De vraag is dan waar de beste plek is om deze data op te slaan en de software te huisvesten die gebruikt wordt om het te analyseren? Moeten beide in de cloud op een off-site hosting faciliteit en beheerd door toegewijde hardware en software specialisten? Of is een “on-premise” installatie meer geschikt, gebruikmakend van welke interne IT-talent de werkplaats bezit?

Webster en de anderen die voor dit artikel geïnterviewd werden, waren grotendeels het ermee eens dat, hoewel de eerste vaak de veiligere en kosteneffectievere benadering is, veel werkplaatsen nog steeds huiverig zijn over deelprogramma's en productiedata hun faciliteit te laten verlaten. Zo is ook Gisbert Ledvon, directeur business development voor werktuigmachines bij Schaumburg, Ill.-gebaseerd Heidenhain Corp. Hij merkte op dat klanten de StateMonitor software van het bedrijf overal kunnen installeren, maar promoot on-premise installaties waar mogelijk.

“Onze filosofie is dat klanten hun intellectuele eigendom moeten beschermen, en voor ons betekent dat hun werktuigmachines en softwaresystemen verbinden met een behoorlijk beveiligd bedrijfsnetwerk,” zei hij. “Er zijn veel gevallen geweest waar winkels gehackt zijn en gedwongen werden losgeld te betalen. Toegegeven, deze aanvallen worden doorgaans via e-mail bereikt en niet via de machine tool besturing, maar het is toch een bezorgdheid. Dit is waarom de NTMA (National Tooling and Machining Association) begonnen is met het aanbieden van seminars die fabrikanten laten zien hoe ze zich kunnen beschermen tegen dit type cybercriminaliteit.”

Ondanks dit, erkent Ledvon dat de cloud een technologietrend is die alleen nog meer momentum zal krijgen. Wat nodig is om geassocieerde risico's te mitigeren zijn goede IT-huisvestingspraktijken. Installeer een robuuste firewall tussen het netwerk van de werkplaats en de buitenwereld. Vermijd directe CNC-naar-cloud verbindingen door externe bestanden, softwareprogramma's en patches te downloaden naar een beveiligde interne server, controleer ze dan met antivirussoftware voordat distributie. Train alle computergebruikers hoe wachtwoorden te beheren, kwaadaardige e-mails en websites te herkennen, en bedrijfsinformatie te beschermen. De lijst gaat door.

“Overwegend dat de besturing het zenuwcentrum is van elke werktuigmachine, vind ik dat de gemak van cloud-toegang het risico van blootstelling aan het Internet niet waard is,” zei Ledvon. “Geen van dit verhindert fabrikanten om een Industry 4.0 strategie te implementeren. Met alle middelen, ze moeten hun werktuigmachines netwerken en beginnen met data verzamelen voor analyse. Dit zal hen de informatie geven om machines sneller in te stellen, cyceltijden te verminderen, tool-leven te maximaliseren, en alle andere voordelen te behalen die vandaag de dag aangeboden worden door CNC besturingen en softwaresystemen.”

Eigen Talent

Een ander onderdeel van Industry 4.0 is de digitale tweeling, wat in dit geval verwijst naar een virtuele maar zeer nauwkeurige en omvattende representatie van een CNC werktuigmachine. Volgens Vivek Furtado, hoofd van digitalisatie—werktuigmachines voor Siemens Industry Inc., Elk Grove Village, Illinois, stroomlijnen digitale tweelingen het ontwerp en de implementatie van CNC machines, wat uiteindelijk fabrikanten efficiënter maakt.

“Onze SINUMERIK One besturing is bekend als een digital native, in die zin dat hij vanaf de grond op gebouwd is om de digitale tweeling en andere enabling technologieën te ondersteunen,” zei hij. “Het geeft CNC werktuigmachinefabrikanten de mogelijkheid om een virtuele versie van een draaibank of freesmachine te creëren met al zijn kinematica en operationele kenmerken. Dit vermindert de engineeringtijd en ontwikkelingskosten aanzienlijk, en garandeert dat het product aan de behoeften van de eindgebruiker voldoet.”

Digitale tweeling-geschikte besturingen dienen ook andere doeleinden. Ze versnellen de training van nieuwe werknemers en verminderen de kans dat ze een dure werktuigmachine crashen. Ze laten ramingen meer nauwkeurig offertes maken, ingenieurs geoptimaliseerde productieprocessen ontwikkelen, en CNC programmeurs G-code en snijgereedschapselectie valideren voordat werk naar de shopfloor gaat. Eenmaal daar, maken ze machine tool bediening makkelijker met verbeterde graphics en grotere bruikbaarheid.

Iedereen met een high-end CAM systeem of PLM software zou kunnen zeggen dat ze het meeste hiervan kunnen bereiken zonder een geavanceerde CNC besturing. En hoewel er niet getwijfeld kan worden dat deze en andere softwareplatforms' capaciteiten dramatisch toegenomen zijn de afgelopen jaren, bieden werktuigmachines die deelnemen aan de digitale draad machinewerkplaatsen een belangrijk hulpmiddel, één die data-uitwisseling verbetert en de lus sluit op interoperabiliteit.

Aanpassen en Overwinnen

Behalve digitale tweeling, stelde Furtado voor dat CNC besturingen veel intelligenter en gebruiksvriendelijker worden, met functies en features die elke smartphone gebruiker herkent. “De meesten van ons onthouden dat we onze telefoons vroeger gebruikten om mensen te bellen,” zei hij. “Vandaag laten ze je je gezondheid monitoren, zoeken naar informatie, bestellingen plaatsen voor producten, en zo verder. Nieuwere generaties besturingen bieden vergelijkbare functionaliteit. Ze zijn in staat om informatie te verwerken en data voor te bereiden op manieren die het toelaten om effectiever gebruikt te worden door hun menselijke operators, of door andere systemen.”

Deze intelligentie strekt zich ook uit naar het bewerkingsproces. Siemens, FANUC, en derde-partij oplossingsleveranciers zoals Caron Engineering bieden adaptive control mogelijkheden die continu spindel- en asbelasting, machine trillingen, en vergelijkbare factoren die snijgereedschapsleven en onderdeelkwaliteit beïnvloeden, monitoren. Deze slimme systemen passen bewerkingsparameters in real-time aan, optimaliserend materiaalverwijdering en potentiële problemen eliminerend.

Fagor Automation Corp., Elk Grove Village, Illinois, is een andere besturingsleverancier met haar oog op de Industry 4.0 prijs. Harsh Bibra, general manager voor Noord-Amerika bij Fagor, legde uit dat zijn ARFS (Adaptive Real-time Feed and Speed) besturing dit allemaal doet en meer, maar merkte op dat dit type sensor-gebaseerde technologie ook gebruikt kan worden voor voorspellend onderhoud.

“We bieden ook onze i4.0 Connectivity Pack,” zei hij. “Dit stelt gebruikers in staat om bewerkingsdata te verzamelen, natuurlijk, maar ook dingen te doen zoals condition-based alerts sturen, de werktuigmachine afstellen en de firmware updaten, parameterinstellingen wijzigen, en zo verder, allemaal vanaf een mobiel apparaat of remote computer.”

De Grootste Knelpunt

Bibra ziet grote veranderingen aankomen. Naast het verhoogde gebruik van IIoT-geschikte sensoren en versnellingsmeters in werktuigmachines, samen met intelligentere besturingen, zullen de fabrieken zelf slimmer worden. Kunstmatige intelligentie (AI) ver boven de adaptieve mogelijkheden net genoemd zal veelvoorkomend worden, wat deuren opent voor de geautomatiseerde besluitvorming nodig voor wijdverspreide lights-out productie.

Al dit zal letterlijk snelheid opnemen gegeven de ontwikkeling en daaropvolgende uitrol van 5G cellulaire netwerken, stelde Bibra voor. Deze zullen niet alleen Internet bandbreedte verhogen en latentie verminderen, maar mogelijk de hackingvreezen eerder genoemd verlichten. “Besturingen van de toekomst zullen uitgerust zijn met 5G, en de data die ze genereren kan dan draadloos met snelheden tot 10 gigabits per seconde (Gbit/s) naar zogenaamde edge devices gestuurd worden,” zei hij. “We verwachten dat binnen een paar jaar deze technologie fundamenteel zal transformeren hoe fabrikanten informatie van de shopfloor verzamelen.”

The nadeel van Industry 4.0 is het gebrek aan geschoolde werknemers die in staat zijn om geavanceerde technologie te begrijpen en mee te werken. Bibra zei dat heropleiding nodig zal zijn naarmate fabrikanten meer tech-vaardig worden. Echter, alle zorgen over tribale kennis en verlies van ervaring door personeelsafloop en pensioen zouden oude geschiedenis moeten worden.

De Winkel Bezoeken

Jim Kosmala, vicepresident engineering en technologie bij Okuma America Corp., Charlotte, N.C., schrijft veel van de verhoogde connectiviteit van vandaag toe aan het gebruik van PC-gebaseerde besturingen. “Veel mensen vergeten dat Okuma niet alleen een werktuigmachinebouwer is, maar ook zijn eigen servosystemen en besturingen maakt. Deze draaien op Microsoft Windows en gebruiken een Intel chip, beide bieden eenvoudige connectiviteit.”

PC-gebaseerde besturingen maken het ook gemakkelijk om diverse softwareprogramma's op de besturing te installeren—bijv. aan het begin van de COVID-pandemie, konden Okuma-klanten samenwerken met anderen via Microsoft Teams, schermen delen of anderen remote controle geven zoals nodig. “Dat is het hele idee achter onze App Store,” zei Kosmala. “Gebruikers kunnen downloaden en installeren wat ze nodig hebben direct op de OSP besturing, wat de noodzaak voor een aparte PC elimineert. Het vertegenwoordigt volledig nieuwe mogelijkheden voor samenwerking en connectiviteit.”

Eén van deze apps is Okuma's Connect Plan, wat gebruikers in staat stelt CNC werktuigmachines te monitoren en operationele data te verzamelen. Het werkt met bijna elk merk of vintage van werktuigmachine evenals robots en andere automatiseringsvormen. Volgens Kosmala gebruikt Connect Plan echter een AI-algoritme om naar de beschikbare informatie te kijken en trends te identificeren die een mens zou kunnen missen.

Overweeg de manager van een draai-afdeling, die na weken van kijken naar data-verzamelingsrapporten en dashboards ziet dat een bepaalde draaibank altijd 10 minuten te laat opstart elke ochtend dankzij de koffiegewoonte van de operator, of dat de spindeltemperatuur op de slijpmachine dichtst bij de verzendafdeling daalt elke keer dat ze de laaddeur openen. Kosmala legde uit dat AI deze trends veel sneller oppikt dan een mens, wat supervisors de mogelijkheid geeft om potentiële probleemgebieden eerder aan te pakken. Wat meer is, deze informatie wordt opgeslagen in een database, dus wanneer de supervisor het bedrijf verlaat, is er geen kennisverlies.

“Deming vertelde ons dat zonder data, je gewoon een ander persoon met een mening bent,” zei Kosmala. “Het IIoT en Industry 4.0 gaan over het verzamelen van die data en het gebruiken ervan, uiteindelijk het omzetten in kennis. Dat is de eerste stap voor iedereen op deze reis. We hebben nu virtuele conferenties, en de mogelijkheid om machine status of productieniveaus van overal te checken, en toegang tot remote tools die automatisering vereenvoudigen. Als je dat kunt zonder de plant te hoeven betreden, umso beter. Het gaat allemaal om efficiëntie en machine uptime verhogen, beide gemakkelijker bereikbaar met moderne CNC besturingen.”